纳米材料的无酶催化放大策略在电化学生物传感器中的应用研究

发布时间：2017-08-15 10:39

  本文关键词：纳米材料的无酶催化放大策略在电化学生物传感器中的应用研究

  更多相关文章： 纳米材料 无酶 催化放大 电化学生物传感器

【摘要】：电化学生物传感器是一种结合电化学分析方法以及生物技术结合发展行成的新型传感器。由于临床检测的精准要求,电化学生物传感器面临着发展稳定性好、灵敏度高的分析技术的新挑战。近年来,纳米材料因其大的比表面积,良好的生物相容性,以及优异的电子传输、催化等性能,被广泛应用于生物传感器领域。一般情况下,研究者将纳米材料及其复合产物作为纳米载体对生物酶或电子媒介体进行固定。本文除了以纳米材料作为载体外,同时依据纳米材料良好的催化性能,构建了一系列以纳米材料作为催化剂的电化学生物传感器,实现了无酶的信号放大以及目标物的超灵敏检测。相对传统的酶催化放大策略,无酶的纳米材料催化具有更好的化学稳定性、低廉的价格、易于操作等优点。主要研究内容如下:1.基于空心铂纳米链催化氧化尿酸构建的无酶电化学适体传感器生物酶在使用过程中可能受到温度、pH的影响,从而丧失酶活性。本文利用空心铂纳米链(HPt NCs)标记凝血酶适体链II,通过HPt NCs对尿酸(UA)直接的催化氧化作用,构建了信号增强的无酶电化学适体传感器。值得注意的是,在本研究的固载基质中,选用了富含π电子基团的空心球状结构纳米C60(nano-C60),通过相转移的方法合成的nano-C60具有水溶性好、生物相容性高等优点。利用nano-C60卓越的稳定性和大的比表面积,修饰上了大量的花状金-铂合金纳米颗粒(Au-Pt NFs),与单独的Au NFs相比较,Au-Pt NFs具有更多的活性位点以固载更多的凝血酶适体链I。夹心反应模式下,凝血酶适体II复合物中的HPt NCs能够直接催化氧化检测底液中的UA产生放大的电化学信号。在此适体传感器的构建过程中避免了生物酶的使用,减少了操作步骤,提高了适体传感器的稳定性。在优化的实验条件下,制备的适体传感器对凝血酶的检测展现出了良好的选择性和高的灵敏度,线性范围为0.5 pmol L-1~10 nmol L-1,检测限为0.16 pmol L-1。2.基于主客体纳米网催化放大构建的无酶电化学免疫传感器用于检测降钙素原利用N,N-二(二茂铁)-乙二胺/β-环糊精/聚酰胺聚合物包裹的纳米金(Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au)复合材料固载降钙素原抗体(anti-PCT),成功构建了一个无酶的电化学免疫传感器用于降钙素原(PCT)的检测。众所周知,纳米材料的催化性能通常受大小、尺寸、表面性能的影响,而本研究以PAMAM为模板合成了形貌均匀、尺寸可控的纳米金颗粒(PAMAM-Au),与通常情况下水热法合成的纳米金颗粒相比,粒径相对更小,催化活性得到了明显的提高。将合成的PAMAM-Au表面吸附-NH2修饰的β-CD,同时创新合成了具有两个Fc单元的Fc-Fc材料,利用β-CD对Fc-Fc的主客体识别作用,形成了比表面积大的Fc-Fc/β-CD/PAMAM-Au纳米网。在这里,Fc-Fc由于具有两个Fc单元,不仅能提供更多的电活性基团使电化学响应更加灵敏,而且能够连接分散的β-CD/PAMAM-Au形成网状结构,使得抗体的固载量大幅度增加。更重要的是,Fc-Fc对AA的氧化存在良好的催化活性。而合成的PAMAM-Au作为性能优异的纳米催化剂,也能够催化氧化抗坏血酸(AA)。当检测底液中含有AA时,主客体纳米网状结构中的PAMAM-Au与Fc-Fc对AA的氧化产生共同的催化作用,从而实现无酶的信号放大。制得的免疫传感器能实现对PCT的灵敏检测,在最优的实验条件下,线性范围为1.80 pg m L-1~500 ng m L-1,检测限为0.36 pg m L-1。3.铜金属有机框架结构作为催化剂构建的比率型传感器用于内毒素的检测金属有机框架结构(MOFs)由于大的比表面积,良好的导电性和稳定性在生物传感器领域逐渐受到了人们的关注,而研究者通常将MOFs作为纳米载体来提高抗体、适体或酶等生物分子的固载量。本研究通过探索MOFs的催化性能,合成了一种铜金属有机框架结构(Cu-MOFs),并将Au NPs修饰在Cu-MOFs表面得到Au NPs/Cu-MOFs复合材料。得到的Au NPs/Cu-MOFs不仅能作为纳米载体固载信号探针,而且能作为电活性材料提供电化学信号,免除了电子媒介体的固载。重要的是,Au NPs/Cu-MOFs能够作为一种有效的催化剂,当在工作底液中加入葡萄糖时,Au NPs/Cu-MOFs可以直接催化氧化葡萄糖从而实现无酶的信号放大。此外,实验过程中除了以Cu-MOFs作为信号材料外,还引入了Fc作为信号分子,设计了双重的DNA循环放大策略实现了Cu-MOFs与Fc信号分别的增大与减小,通过测定两种信号物质的峰电流之比,构建了一个比率型的电化学适体传感器。以LPS为检测模型,制备的电化学适体传感器在LPS的检测中显示出了一个低的检测限(0.33 fg m L-1)和一个宽的线性范围(1.0 fg m L-1~100 ng m L-1)。此比率型传感器减小了批间差异,提高了精确度和灵敏度,有望用于其他分析物的检测。
【关键词】：纳米材料 无酶 催化放大 电化学生物传感器
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 电化学生物传感器9-11
• 1.2 电化学分析方法11-13
• 1.3 纳米材料概述与应用13-17
• 1.4 本论文研究思路17-18
• 第2章 基于空心铂链催化氧化尿酸构建的无酶电化学适体传感器18-29
• 2.1 引言18-19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.3 结果和讨论21-28
• 2.4 结论28-29
• 第3章 基于主客体纳米网催化放大构建的无酶电化学免疫传感器检测降钙素原29-41
• 3.1 引言29-30
• 3.2 实验部分30-33
• 3.3 结果和讨论33-40
• 3.4 结论40-41
• 第4章 铜金属有机框架结构作为催化剂构建的比率型传感器用于内毒素的检测41-54
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验方法42-45
• 4.3 结果和讨论45-52
• 4.4 结论52-54
• 参考文献54-63
• 作者部分相关论文题录63-64
• 致谢64

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6 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

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1 记者 周建人;我国出台首批纳米材料国家标准[N];中国建材报;2005年

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3 ;纳米材料七项标准出台[N];世界金属导报;2005年

4 通讯员 韦承金邋记者 冯国梧;纳米材料也可污染环境[N];科技日报;2008年

5 廖联明;纳米材料 利弊皆因个头小[N];健康报;2009年

6 卢水平;院士建议开展纳米材料毒性研究[N];中国化工报;2009年

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